ANSYS教学算例集FL_螺旋盘管风道仿真优化设计(内部培训)

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螺旋盘管风道仿真优化设计

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2019年10月30日

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关键字：算例来源：ANSYS FLUENT

1.摘要 (1)

2. 案例描述 (1)

3. 操作步骤 (1)

3.1. 导入case设置与结果查看 (1)

3.2. 定义优化目标 (6)

3.3. Mesh Morpher设置 (8)

4. 本章小结 (14)

1. 摘要

本算例使用ANSYS Fluent 19.0软件，对螺旋盘管风道系统进行仿真优化，文档内包含详细的网格导入、模型选择、材料物性、边界条件、求解参数、后处理的设置。通过仿真优化计算获得风道出口结构形状。

2. 案例描述

本算例仿真的风道系统包含一个速度进口和两个压力出口，进口速度为1m/s，出口压力为大气压。流动假设为层流流动，本例初始提供原始几何计算结果。由原始几何设计得到的出口流量（盘管口和直管口）并不相等。本例的任务是通过Fluent Mesh Morpher功能的优化达到出口直管的形状改变流动，进而实现两个出风口流量一致的设计指标

3. 操作步骤

3.1. 导入case设置与结果查看

3.1.1. 创建工作目录并启动Fluent

在硬盘上创建英文名称的文件夹（例如Helix），将case文件

helix_original.cas.gz和data文件helix_original.dat.gz拷贝至该目录下。启动Fluent 19.0，在Fluent Launcher中，Dimension选择3D，Display Options中勾选Display Mesh After Reading和Workbench Color Scheme，Processing Options选择Serial，

设置使用单核计算（用户可以根据现有的硬件资源和License授权酌情选择合适的并行数），更改Working Directory路径至该网格文件目录下，点击OK启动Fluent 19.0。

3.1.2. 导入已有计算文件

菜单中点击【File】>【Read】>【Case & Data…】，选取case文件

helix_original.cas.gz，点击OK导入已有结果的计算case。此时，图形界面中可以查看导入case的网格。

3.1.3. Models模型设置确认

在最左侧的树中，鼠标左键双击【Setup】>【Models】，进行物理模型设置检查。

展开树中【Setup】>【Models】，可以观察到Viscous选项后括号中为Laminar，表示粘性计算模型使用的是层流模式，同时观察到Energy选项后括号中为Off，表明计算涉及温度，不考虑能量方程。

3.1.

4. Materials材料设置查看

在最左侧的树中，鼠标左键双击【Setup】>【Materials】>【Fluid】>【stuff】，进行材料物性设置的查看。

在弹出的Create/Edit Materials窗口中，查看Properties下的Density值为

1kg/m3，Viscosity值为0.0005kg/m-s。点击Cancel退出对话框。

3.1.5. Cell Zone Conditions设置检查

在最左侧的树中，鼠标左键双击【Setup】>【Cell Zone Conditions】>【Fluid】，进行体网格区域条件的查看。

在Cell Zone Conditions的Task Page中Material Name为stuff，表明之前设置的流体材料属性已经应用在计算域中。

3.1.6. Boundary Conditions设置查看

在最左侧的树中，鼠标左键双击【Setup】>【Boundary Conditions】，进行边界条件的设置查看。

3.1.6.1. 出口边界条件查看

在Boundary Conditions的Task Page中，点击Operating Conditions…，参考压力为101325Pa，鼠标左键双击helix-outlet，在Momentum选项卡中，Gauge Pressure值为0；鼠标左键双击straight-outlet，在Momentum选项卡中，Gauge Pressure值同样为0，表示直管出口和盘管出口绝对压力皆为一个标准大气压。

利用ansys APDL进行优化设计的例子

利用ansys APDL进行优化设计的例子 一、问题描述： 二、分析文件的APDL语句及注释：（可把该文件拷贝到一个文本文件，作为ansys的分析文件。） !第一步，初始化ANSYS系统环境 FINISH /CLEAR /filename,BeamOpt !第二步，定义参数化设计变量 B=1.4 !初始化宽度 H=3.8 !初始化高度 !第三步，利用参数创建有限元模型 /PREP7 !进入前处理 ET,1,BEAM3 !定义单元类型为BEAM3 AREA=B*H !梁的截面积

IZZ=(B*(H**3))/12 !绕Z轴的转动惯量 R,1,AREA,IZZ,H !定义单元实常数，以设计变量表示MP,EX,1,30E6 !定义材料性质 MP,PRXY,1,0.3 N,1 !创建节点1 N,11,120 !创建节点11 FILL E,1,2 EGEN,10,1,-1 !复制单元 FINISH !退出前处理 !第四步，执行求解 /SOLU ANTYPE,STATIC D,1,UX,0,,11,10,UY SFBEAM,ALL,1,PRES,20 !施加压力（单位长度上的负荷）=20 SOLVE FINISH !第五步，进入后处理并创建状态变量与目标变量 /POST1 SET,,,, NSORT,U,Y !以Uy为基准对节点排序 *GET,DMAX,SORT,,MAX !参数DMAX=最大位移ETABLE,VOLU,VOLU !VOLU=每个单元的体积ETABLE,SMAX_I,NMISC,1 !每个单元I节点处应力的最大值ETABLE,SMAX_J,NMISC,3 !每个单元J节点处应力的最大值

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ansys的优化设计

第一章优化设计 什么是优化设计? 优化设计是一种寻找确定最优设计方案的技术。所谓“最优设计”，指的是一种方案可以满足所有的设计要求，而且所需的支出（如重量，面积，体积，应力，费用等）最小。也就是说，最优设计方案就是一个最有效率的方案。 设计方案的任何方面都是可以优化的，比如说：尺寸（如厚度），形状（如过渡圆角的大小），支撑位置，制造费用，自然频率，材料特性等。实际上，所有可以参数化的ANSYS选项都可以作优化设计。（关于ANSYS参数，请参看ANSYS Modeling and Meshing Guide 第十四章。） ANSYS程序提供了两种优化的方法，这两种方法可以处理绝大多数的优化问题。零阶方法是一个很完善的处理方法，可以很有效地处理大多数的工程问题。一阶方法基于目标函数对设计变量的敏感程度，因此更加适合于精确的优化分析。 对于这两种方法，ANSYS程序提供了一系列的分析——评估——修正的循环过程。就是对于初始设计进行分析，对分析结果就设计要求进行评估，然后修正设计。这一循环过程重复进行直到所有的设计要求都满足为止。 除了这两种优化方法，ANSYS程序还提供了一系列的优化工具以提高优化过程的效率。例如，随机优化分析的迭代次数是可以指定的。随机计算结果的初始值可以作为优化过程的起点数值。 基本概念 在介绍优化设计过程之前，我们先给出一些基本的定义：设计变量，状态变量，目标函数，合理和不合理的设计，分析文件，迭代，循环，设计序列等。我们看以下一个典型的优化设计问题： 在以下的约束条件下找出如下矩形截面梁的最小重量： ●总应力σ不超过σmax [σ≤σmax] ●梁的变形δ不超过δ max[δ≤δmax] ●梁的高度h不超过h max[h≤h max] 图1-1 梁的优化设计示例 设计变量（DVs）为自变量，优化结果的取得就是通过改变设计变量的数值来实现的。每个设计变量都有上下限，它定义了设计变量的变化范围。在以上的问题里，设计变量很显然为梁的宽度b和高度h。b和h都不可能为负值，因此其下限应为b，h>0，而且，h有上限h max。ANSYS优化程序允许定义不超过60个设计变量。 状态变量（SVs）是约束设计的数值。它们是“因变量”，是设计变量的函数。状态变量可能会有上下限，也可能只有单方面的限制，即只有上限或只有下限。在上述梁问题中，有两个状态变量：σ（总应力）和δ（梁的位移）。在ANSYS 优化程序中用户可以定义不超过100个状态变量。 目标函数是要尽量减小的数值。它必须是设计变量的函数，也就是说，改变设计变量的数值将改变目标函数的数值。在以上的问题中，梁的总重量应该是目标函数。在ANSYS优化程序中，只能设定一个目标函数。 设计变量，状态变量和目标函数总称为优化变量。在ANSYS优化中，这些变量是由用户定义的参数来指定的。用户必须指出在参数集中哪些是设计变量，哪些是状态变量，哪是目标函数。

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ANSYS优化设计 1. 认识ANSYS优化模块 1.1什么时候我需要它的帮忙？ 什么是ANSYS优化？我想说明一个例子要比我在这里对你絮叨半天容易理解的多。 注意过普通的水杯吗？底面圆圆的，上面加盖的哪一种。仔细观察一下，你会发现比较 老式的此类水杯有一个共同特点：底面直径=水杯高度。 图1水杯的简化模型 为什么是这样呢？因为只有满足这个条件，才能在原料耗费最少的情况下使杯子的容积 最大。在材料一定的情况下，如果水杯的底面积大，其高度必然就要小；如果高度变大了，底面积又大不了，如何调和这两者之间的矛盾？其实这恰恰就反应了一个完整的优化过程。 在这里，一个水杯的材料是一定的，所要优化的变量就是杯子底面的半径r和杯子的高度h,在ANSYS的优化模块里面把这些需要优化的变量叫做设计变量（DV ）;优化的目标是要使整个水杯的容积最大，这个目标在ANSYS的优化过程里叫目标函数（OBJ）;再者, 对设计变量的优化有一定的限制条件，比如说整个杯子的材料不变，这些限制条件在ANSYS 的优化模块中用状态变量（SV）来控制。下面我们就来看看ANSYS中怎么通过设定DV、 SV、OBJ，利用优化模块求解以上问题。 首先参数化的建立一个分析文件（假设叫volu.inp ），水杯初始半径为R= 1，高度为H =1 （DV ）,由于水杯材料直接喝水杯的表面积有关系，这里假设水杯表面积不能大于100, 2 2 这样就有S= 2 n RH + 2 nR <100 （SV）,水杯的容积为V=nR H （OBJ 。 File:volu.inp （用参数直接定义也可或者在命令栏内直接写） R=1 H=1 S=2*3.14*R*H+2*3.14*R*R V=10000/（3.14*R*R*H） 然后再建一个优化分析文件（假设叫optvolu.inp ），设定优化变量，并求解。 /clear, no start /in put,volu,i np /opt opa nl,volu,i np opvar,R,dv,1,10,1e-2 opvar,H,dv,1,10,1e-2 opvar,S,sv,,100,1e-2 opvar,V,obj,,,1e_2 opkeep, on optype,subp opsave,optvolu,opt0 opexec

ANSYS课程论文：运用ANSYS Workbench优化设计

题目：运用ANSYS Workbench优化设计 课程：CAE/CFD分析基础 院系：化工与能源学院 专业：安全工程二班 姓名：张辉 学号：20090350227 指导教师：周俊杰 郑州大学 2011年12月25日

运用ANSYS Workbench优化设计 摘要：优化设计是工程界较为关注的领域，本文阐述了ANSYS软件设计优化程序的原理及具体设计步骤。并举了一个实例。结果表明，基于ANSYS的合理结构设计能够在满足安全性的前提下节省材料，获得很大的经济效率。 一、前言 ANSYS系列软件是融合结构、热、流体、电磁、声于一体的大型通用多物理场有限元分析软件，在我国广泛应用于航空航天、船舶、汽车、土木工程、机械制造等行业。ANSYS Workbench Environment （AWE）是ANSYS公司开发的新一代前后处理环境，并且定为于一个CAE协同平台，该环境提供了与CAD软件及设计流程高度的集成性，并且新版本增加了ANSYS很多软件模块并实现了很多常用功能，使产品开发中能快速应用CAE技术进行分析，从而减少产品设计周期、提高产品附加价值。 现今，对于一个制造商，产品质量关乎声誉、产品利润关乎发展，所以优化设计在产品开发中越来越受重视，并且方法手段也越来越多。从易用性和高效性来说AWE下的DesignXplorer模块为优化设计提供了一个几乎完美的方案，CAD模型需改进的设计变量可以传递到AWE环境下，并且在DesignXplorer/VT下设定好约束条件及设计目标后，可以高度自动化的实现优化设计并返回相关图表，本文将结合实际应用介绍如何使用Pro/E和ANSYS软件在AWE环境下如何实现快速优化设计过程。

ANSYS优化设计的几种优化算法

ANSYS优化设计的几种优化算法 优化技术 理解计算机程序的算法总是很有用的，尤其是在优化设计中。在这一部分中，将提供对下列方法的说明：零阶方法，一阶方法，随机搜索法，等步长搜索法，乘子计算法和最优梯度法。(更多的细节参见ANSYS Theory Reference 第20章。) 零阶方法 零阶方法之所以称为零阶方法是由于它只用到因变量而不用到它的偏导数。在零阶方法中有两个重要的概念：目标函数和状态变量的逼近方法，由约束的优化问题转换为非约束的优化问题。 逼近方法 本方法中，程序用曲线拟合来建立目标函数和设计变量之间的关系。这是通过用几个设计变量序列计算目标函数然后求得各数据点间最小平方实现的。该结果曲线(或平面)叫做逼近。每次优化循环生成一个新的数据点，目标函数就完成一次更新。实际上是逼近被求解最小值而并非目标函数。 状态变量也是同样处理的。每个状态变量都生成一个逼近并在每次循环后更新。 用户可以控制优化近似的逼近曲线。可以指定线性拟合，平方拟合或平方差拟合。缺省情况下，用平方差拟合目标函数，用平方拟合状态变量。用下列方法实现该控制功能： Command: OPEQN GUI: Main Menu>Design Opt>Method/Tool OPEQN同样可以控制设计数据点在形成逼近时如何加权;见ANSYS Theory Reference。 转换为非约束问题 状态变量和设计变量的数值范围约束了设计，优化问题就成为约束的优化问题。ANSYS程序将其转化为非约束问题，因为后者的最小化方法比前者更有效率。转换是通过对目标函数逼近加罚函数的方法计入所加约束的。 搜索非约束目标函数的逼近是在每次迭代中用Sequential Unconstrained Minimization Technique(SUMT) 实现的。 收敛检查 在每次循环结束时都要进行收敛检查。当当前的，前面的或最佳设计是合理的而且满足下列条件之一时，问题就是收敛的： & #61548; 目标函数值由最佳合理设计到当前设计的变化应小于目标函数允差。 & #61548; 最后两个设计之间的差值应小于目标函数允差。

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A N S Y S优化设计(含 几个实例)

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ANSYS优化设计设计优化技术

ANSYS优化设计--设计优化技术 ANSYS设计优化技术基于ANSYS的APDL语言建立的参数化模型。基于参数化有限元分析过程的设计优化包含下列基本要素： 1、设计变量（往往在开始级、前处理器或求解器中定义）； 2、状态变量（来源于分析的结果后处理）； 3、目标函数（最后得到关于模型系统或分析结果的导出量）； 4、优化计算方法即优化设计工具（零阶方法是一个可以有效处理大多数工程问题的方法，一阶方法基于目标函数对设计变量的敏感程度，更加适合于精确的优化分析）。 优化设计过程就是一个反复优化改变设计变量以在满足状态变量限制条件下使目标函数变量参数逼近最小值。在执行优化分析前必须创建一个分析文件，它是一个基于APDL参数化有限元分析过程的命令流输入文件，包括一个完整的前处理、求解和后处理分析过程，其中必须包

含一个参数化的模型，定义有设计变量、状态变量和目标函数。 基本过程： 1、利用APDL的参数技术和ANSYS的命令创建参数化分析文件，用于优化循环分析文件，除包括整个分析过程外还必须满足以下条件。（1）在前处理器PREP7中建立参数化模型。 （2）在求解器SOLUTION中求解。 （3）在后处理器POST1/POST26中提取并指定状态变量和目标函数。 2、进入优化设计器OPT，执行优化设计分析过程。 （1）指定分析文件。 （2）声明优化变量，包括设计变量、状态变量和目标函数。 （3）选择优化工具或优化方法。 （4）指定优化循环控制方式。 （5）进行优化分析。 （6）查看设计序列结果。 求解方法： 1、Single Run： 2、Random Designs： 3、Factorial：

ANSYS优化设计步骤解析

ANSYS优化设计步骤解析 本文介绍了ANSYS优化设计的相关步骤。 共有两种方法实现ANSYS优化设计：批处理方法和通过GUI交互式地完成。这两种方法的选择取决于用户对于ANSYS程序的熟悉程度和是否习惯于图形交互方式。 如果对于ANSYS程序的命令相当熟悉，就可以选择用命令输入整个优化文件并通过批处理方式来进行优化。对于复杂的需用大量机时的分析任务来说(如非线性)，这种方法更有效率。 而另一方面，交互方式具有更大的灵活性，而且可以实时看到循环过程的结果。在用GUI方式进行优化时，首要的是要建立模型的分析文件，然后优化处理器所提供的功能都可以交互式的使用，以确定设计空间，便于后续优化处理的进行。这些初期交互式的操作可以帮助用户缩小设计空间的大小，使优化过程得到更高的效率。 优化设计通常包括以下几个步骤，这些步骤根据用户所选用优化方法的不同(批处理GUI方式) 而有细微的差别。 1. 生成循环所用的分析文件。该文件必须包括整个分析的过程，而且必须满足以下条件：

a. 参数化建立模型(PREP7)。 b. 求解(SOLUTION)。 c. 提取并指定状态变量和目标函数(POST1/POST26)。 2. 在ANSYS数据库里建立与分析文件中变量相对应的参数。这一步 是标准的做法，但不是必须的(BEGIN或OPT)。 3. 进入OPT，指定分析文件(OPT)。 4. 声明优化变量。 5. 选择优化工具或优化方法。 6. 指定优化循环控制方式。 7. 进行优化分析。 8. 查看设计序列结果(OPT)和后处理(POST1/POST26)。 优化设计步骤的细节在下面列出。批处理方式和交互方式的区别也同时指出。 第一步：生成分析文件 分析文件生成是ANSYS优化设计过程中的关键部分。ANSYS程序运用分析文件构造循环文件，进行循环分析。分析文件中可以包括ANSYS提供的任意分析类型(结构，热，电磁等，线性或非线性)。(注：ANSYS/LS-DYNA的显式分析不能进行优化。) 在分析文件中，模型的建立必须是参数化的(通常是优化变量为参数)，结果也必须用参数来提取(用于状态变量和目标函数)。优化设计中只能使用数值参数。(参数和ANSYS参数化设计语言(APDL)在ANSYS Modeling and Meshing Guide中有所细述。) 用户的任务是建立分析文件并保证其正确性。分析文件应当覆盖整个分析过程并且是简练的，不是必须的语句(如完成图形显示功能和列表功能的语句等)应当从分析文件中省略掉。只有在交互过程中希望看到的显示[EPLODT等]可以包含在分析文件中，或者将其定位到一个显示文件中[/SHOW]。请注意分析文件是要多次执行的，与优化分析本身无关的命令都会不必要的耗费机时，降低循环效率。 建立分析文件有两种方法：1)用系统编辑器逐行输入;2)交互式地完成分析，将ANSYS的LOG文件作为基础建立分析文件。这两种方式各有优缺点。 用系统编辑器生成分析文件同生成其他分析时的批处理文件方法是一样的。这种方法使得用户可以通过命令输入来完全地控制参数化定义。同样，本方法可以省去了删除多余命令的麻烦。但是，如果对于ANSYS命令集不熟悉的话，这种方法是不方便的。

ANSYS-优化设计(含几个实例)

ANSYS-优化设计(含几个实例)

ANSYS 优化设计 1.认识ANSYS优化模块 1.1 什么时候我需要它的帮忙? 什么是ANSYS优化？我想说明一个例子要比我在这里对你絮叨半天容易理解的多。 注意过普通的水杯吗？底面圆圆的，上面加盖的哪一种。仔细观察一下，你会发现比较老式的此类水杯有一个共同特点：底面直径＝水杯高度。 图1 水杯的简化模型 为什么是这样呢？因为只有满足这个条件，才能在原料耗费最少的情况下使杯子的容积最大。在材料一定的情况下，如果水杯的底面积大，其高度必然就要小；如果高度变大了，底面积又大不了，如何调和这两者之间的矛盾？其实这恰恰就反应了一个完整的优化过程。 在这里，一个水杯的材料是一定的，所要优化的变量就是杯子底面的半径r和杯子的高度h，在ANSYS的优化模块里面把这些需要优化的变量叫做设计变量（DV）；优化的目标是要使整

个水杯的容积最大，这个目标在ANSYS的优化过程里叫目标函数（OBJ）；再者，对设计变量的优化有一定的限制条件，比如说整个杯子的材料不变，这些限制条件在ANSYS的优化模块中用状态变量（SV）来控制。下面我们就来看看ANSYS中怎么通过设定DV、SV、OBJ，利用优化模块求解以上问题。 首先参数化的建立一个分析文件（假设叫volu.inp），水杯初始半径为R＝1，高度为H＝1（DV），由于水杯材料直接喝水杯的表面积有关系，这里假设水杯表面积不能大于100，这样就有S＝2πRH＋2πR2<100（SV），水杯的容积为V＝πR2H（OBJ）。 File:volu.inp (用参数直接定义也可或者在命令栏内直接写) R=1 H=1 S=2*3.14*R*H+2*3.14*R*R V=10000/(3.14*R*R*H) 然后再建一个优化分析文件（假设叫optvolu.inp）,设定优化变量，并求解。 /clear,nostart